Wake numerical study of a vertical marine current turbine

Etude numérique du sillage d'une hydrolienne à axe vertical

¹ Laboratoire Universitaire des Sciences Appliquées de Cherbourg (EA4253), Université de Caen, Site Universitaire de Cherbourg, BP78, 50130 Cherbourg-Octeville. France
mathilde.belhache@unicaen.fr, sylvain.guillou@unicaen.fr
² Laboratoire de Morphodynamique Continentale et Côtière (M2C), UMR CNRS 6143, 24 rue des tilleuls, 14000 Caen. France

Abstract

The commercial exploitation of kinetic energy from tidal current involves deploying multiple turbines constituting a park or a farm. The turbines located within the park suffer from the disrupted flow due to the wake of machines located further upstream. This will potentially alter their performance. The evolution of the wake is influenced by the environment and by the machine. A two-dimensional model of a vertical axis turbine of Darrieus type was performed to investigate the flow within and downstream the turbine. The relative influences on the characteristics of the wake of two parameters were evaluated: the speed of the upstream flow and the Tip speed ratio λ. The latter seems to be dominant for the lack of speed while the level of turbulence is a function of the two parameters setting.

Résumé

L'exploitation de l'énergie cinétique des courants de marée impliquera le déploiement de plusieurs hydroliennes constituant un parc. Les hydroliennes se trouvant au sein de ce parc subiront le flux perturbé du sillage des machines situées plus en amont, altérant potentiellement leurs performances. L'évolution du sillage est influencée par l'environnement et la machine. Une modélisation bidimensionnelle d'une hydrolienne à axe verticale de type Darrieus a été réalisée pour étudier l'écoulement dans et en aval de la turbine. L'influence relative sur les caractéristiques du sillage de deux paramètres a été évaluée : la vitesse de l'écoulement amont et la vitesse réduite de l'hydrolienne. La vitesse réduite λ semble être le paramètre dominant pour le déficit de vitesse alors que le niveau de turbulence est une fonction des deux paramètres.